激光切割機的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。在激光切割機中激光束的參數、機器與數控係統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特別是對於切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：
激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由於能量密度與麵積成反比，所以焦點光斑直徑盡可能的小，以便產生一窄的切縫；同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。
但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割機工業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。
對於高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%範圍內,即5mm左右。因此控製焦點相對於被切材料表麵的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點在表麵上； 6mm的碳鋼,焦點在表麵之上； 6mm的不鏽鋼,焦點在表麵之下。具體尺寸由實驗確定。
在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種：
（1）打印法：使切割頭從上往下運動,在塑料板上進行激光束打印,打印直徑最小處為焦點。
（2）斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的最小處為焦點。
（3）藍色火花法：去掉噴嘴,吹空氣,將脈衝激光打在不鏽鋼板上,使切割頭從上往下運動,直至藍色火花最大處為焦點。
對於飛行光路的切割機,由於光束發散角,切割近端和遠端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化,國內外激光切割係統的製造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：
（1）平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理,擴束後的光束直徑變大,發散角變小,使在切割工作範圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。
（2）在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與控製噴嘴到材料表麵距離（stand off）的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作台移動或光軸移動時,光束從近端到遠端F軸也同時移動,使光束聚焦後光斑直徑在整個加工區域內保持一致。
（3）控製聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦係統）的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時,自動控製水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。
（4）飛行光路切割機上增加x、y方向的補償光路係統。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短；反之當切割近端光程減小時,使補償光路增加,以保持光程長度一致。
